Применение вискозиметров

Данные приборы сравнительно просты, но громоздки. Их с успехом применяют для замеров коэффициентов вязкости от 8-10 мкПа*с (что соответствует газам) до 10-12 кПа*с (текучие жидкости). Для вязких жидкостей с комками капиллярное измерение не годится – краска или густая известковая побелка попросту не вытекут через тонкую трубку.

В медицине используются капиллярные вискозиметры (вискозиметр ВПЖ, ВНЖ, ВК-4). Так, например, острую актуальность имеет измерение вязкости человеческой крови. При тяжелой физической работе увеличивается вязкость крови. Многие инфекционные заболевания увеличивают вязкость, другие, например, брюшной тиф и туберкулез - значительно уменьшаютОпределение вязкости крови во взаимосвязи с рядом других анализов позволяет объективно оценить состояние человеческого организма.

В фармацевтических лабораториях вискозиметры используются при изготовлении лекарственных препаратов, патоки, мазей, линиментов.

В нефтяной промышленности используются как ротационные вискозиметры системы Brookfield, так и полевые чашечные капиллярные вискозиметры, позволяющие с достаточной степенью точности определить вязкие свойства нефти.

В химической промышленности и металлургии широко распространены универсальные, высокотемпературные вискозиметры, позволяющие оперировать со средами в широком диапазоне температур от -60 °C до 2600 °C.

Для тестирования автомобильных масел применяются два типа вискозиметров: те, что созданы на базе уравнения Пуазейля (в них жидкость вытекает через капилляр под заданным давлением за определенное время), и другие, определяющие величину внутреннего трения жидкости по характеристикам вращения – крутящему моменту или скорости ротации. Корректное использование данных приборов предполагает понимание принципов их работы, поэтому инструкция к вискозиметру всегда содержит необходимую краткую и доступную информацию.

Вискозиметр, принцип действия которого основан на оценке крутящего момента – это: имитаторы холодной прокрутки и конического подшипника, миниротационный вискозиметр и вискозиметр Брукфильда (вязкость определяется путем пересчета крутящего момента, который нужен для того, чтобы шпиндель прибора не замедлял вращения при погружении в масло). С помощью данных вискозиметров определяют вязкость гидравлических, трансмиссионных и моторных масел при различных условиях работы.

Плотномеры

Плотность вещества , - это физическая величина, определяемая массой этого вещества в единице объема :

Плотность является одной из основных физических величин, характеризующих свойства вещества.

Плотномер – измерительный прибор, служащий для непрерывного (или периодического) измерения плотности газов, жидкостей и твердых веществ.

Стандартной температурой для произведения измерений при помощи плотномера считается 0 . Относительная плотность разнообразных веществ при этой температуре позволяет составлять таблицы (или номограммы), которые заносятся в справочную литературу и принимаются как основа исследований.

Устанавливается непосредственно в технологических линиях или производственных агрегатах.

Приборы для измерения плотности жидкостей по принципу действия делятся на:

- весовые (массовые, пикнометрические), измеряющие плотность путем взвешивания определенного постоянного объема жидкости;

- гидростатические (манометрические), измеряющие плотность по изменению давления столба жидкости постоянной высоты;

- ареометрические (поплавковые), измеряющие плотность с помощью поплавка постоянной массы, вытесняющего определенный объем жидкости;

- ультразвуковые, в которых используется зависимость скорости распространения ультразвука в жидкости от ее плотности. Измеряя скорость распространения ультразвуковых колебаний, можно судить о ее плотности.

- радиоактивные (радиоизотопные) основаны на измерении поглощения γ-излучения радиоактивного источника при прохождении лучей через вещество, которое изменяется в зависимости от изменения его плотности. Метод просвечивания γ-лучами находит широкое применение для определения плотности плит, бетонных блоков, грунтовых пульп и т. п.

Поплавковые, или ареометрические, плотномеры разработаны на основе закона Архимеда, по которому масса жидкости, вытесненная плавающим аэрометром, равна его массе. Такие приборы имеют погрешность 0,2—2% от диапазона показаний плотности, охватываемого шкалой прибора.

Поплавковые плотномеры подразделяются на:

- плавающие (аэрометр постоянного веса) - измеряют глубину погружения поплавка, обратно пропорциональную плотности жидкости;

- погруженные в жидкость (аэрометр постоянного объема) - глубина погружения остается постоянной, а изменяется действующая на поплавок выталкивающая сила, пропорциональная плотности жидкости.

Аэрометры постоянного веса изготавливаются из стекла, реже металла, и используются для периодических измерений плотности различных жидкостей (растворы кислот, щелочей, солей, нефтепродукты, молоко, сыворотка, морская вода и т.д.). Аэрометры постоянного объема применяются для непрерывного контроля плотности в производственных условиях.

Схема плотномера с плавающим поплавком: 1 — входная труба; 2 — переливной сосуд, обеспечивающий постоянство напора жидкости; 3 — диафрагма, устанавливающая скорость потока; 4 — измерительный сосуд с переливным устройством; 5 — металлический поплавок с сердечником 6; 7 — индуктивный датчик, включенный в схему измерительного моста 8; 9 — самопишущий прибор (или автоматический регулятор) – показывающее устройство; 10 — термометр сопротивления (терморезистор) для коррекции показаний на изменение температуры, 11 - выходная труба.

Жидкость по трубе 10 поступает в переливной сосуд 9, обеспечивающий постоянство напора. Далее по трубе 8 жидкость поступает в измерительную камеру 4, снабженную переливным устройством. Избыточная жидкость стекает по трубе 7. Измерение плотности жидкости вызывает перемещение по вертикали поплавка 5 и связанного с ним сердечника. Это перемещение измеряется с помощью индуктивного преобразователя 6, включенного в схему моста 1, и регистрируется на показывающем устройстве 2. Компенсация влияния температуры осуществляется терморезистором 3, включенным в измерительную схему моста. Наибольший ход поплавка - 200 мм.

- Плотномер с погруженным поплавком для жидкостей включает в себя камеру, поплавок, уплотнительный сифон, противовес, коромысло, ролик, рычаг, мембранную коробку, заслонку, сопло, вторичный прибор. Эти типы приборов имеют отличительные особенности. Для одного отношение глубины его погружения обратно пропорционально плотности применяемой жидкости, в другом случае плотность прямо пропорциональна массе поплавка.

Также поплавковые плотномеры используются для определения плотности газов. Конструкция поплавкового плотномера для газов включает в себя камеру, герметичный и открытые шары, коромысло, устройство для балансировки и регулирования чувствительности коромысла, груз, мембранную коробку, фильтры, постоянный магнит, стрелку прибора. Измерения осуществляются в результате постоянного взвешивания шара с азотом в камере, которая заполняется исследуемым газом. Мера плотности определяется относительно утла наклона коромысла, движение которого, взаимодействуя с магнитом, переходит к стрелке прибора.

Весовые, или пикнометрические, методы основаны на том, что масса жидкости при неизменном ее объеме прямо пропорциональна плотности. Следовательно, при непрерывном взвешивании некоторого постоянного объема вещества, протекающего по трубопроводу, можно измерять его плотность. Погрешность прибора составляет 0,5—1%.

Схема весового плотномера (7 - трубка; 2 - заслонка; 3 - сопло; 4 - пневмоусилитель; 5 - сильфон)

Чувствительным элементом прибора является U-образная трубка, масса которой вместе с протекающей через нее жидкостью непрерывно измеряется. Масса трубки 1 с жидкостью передается на заслонку 2, прикрывающую сопло 3, и через пневмоусилитель 4 в виде унифицированного пневматического сигнала на прибор. При изменении плотности жидкости, протекающей по трубке, масса ее меняется и заслонка 2 приближается или отходит от сопла 3. В соответствии с изменением плотности измеряемой жидкости изменяется и давление воздуха на выходе пневмоусилителя 4. С помощью сильфона 5 осуществляется обратная связь и восстанавливается равновесие в системе, соответствующее измеряемой плотности жидкости. Давление воздуха в сильфоне аппарата, а также плотности жидкости, которые меняются пропорционально, определяются по вторичному прибору.

Весовые плотномеры применяются для измерения плотности вязких жидкостей, суспензий и жидкостей, содержащих твердые включения. Возможно измерение и плотности газов.

Манометрические методы измерения плотности основаны на том, что давление жидкости р на глубине Н от поверхности равно массе столба жидкости при площади основания 10-4

Р = ρgH

Тогда

ρ= Р/gH

При неизменной высоте столба жидкости давление является мерой ее плотности. Погрешность соответствует 4%.

Манометрический метод измерения плотности (1 - уравнительный сосуд; 2 и 4- трубка; 3 - дифференциальный манометр)

Измерение давления столба жидкости производится аналогично измерению уровня жидкости манометрическими уровнемерами (при условии постоянного уровня. Плюсовая камера дифференциального манометра 3 соединена трубкой 2 с уравнительным сосудом 1, а минусовая камера - с нижней частью водяного пространства резервуара трубкой 4. Уровень жидкости в сосуде 1 поддерживается постоянным и ее плотность можно определить по показаниям дифманометра.

Схема дифференциального гидростатического плотномера с продувкой газа: 1 — дифференциальный манометр; 2 — длинная трубка; 3 — короткая трубка; 4 — сосуд с исследуемой жидкостью; 5 — вентили.

В гидростатических плотномерах мерой плотности ρ служит разность давлений Δр двух столбов жидкости разной высоты: Δр = ρgh, где g — ускорение свободного падения, h — разность высот столбов. Измерение столба жидкости происходит непосредственно при косвенном способе — производится продувание воздуха сквозь жидкость. Давление такого воздуха пропорционально столбу жидкости. Дифманометр фиксирует перепад давлений, который пропорционален плотности продуваемой жидкости.

Радиоизотопные плотномеры работают на принципе нахождения ослабления пучка у-излучения, полученного при его поглощении или рассеянии слоем жидкости. Погрешность этого прибора составляет примерно 2%.

Вибрационный плотномер разработан на принципе зависимости резонансной частоты колебаний, которые возбуждаются в жидкости, относительно ее плотности, погрешность прибора составляют (1—2) х х 10-4 г/см3.

Ультразвуковые плотномеры созданы на основе зависимости скорости звука в среде относительно плотности среды, погрешность этих приборов — в пределах 5%.

В настоящее время в конструкторское решение технологических плотномеров включаются микропроцессоры и вычислительные блоки, которые способны производить корректирование параметров при видоизменении внешних условий. Нововведения позволяют увеличить конструктивный потенциал, а также метрологические, эксплуатационные характеристики плотномеров.

В связи с тем, что относительная плотность постоянна для всех химически однородных веществ и растворов при стандартной температуре, это позволяет по значениям плотности, полученным при помощи плотномера, определять состояние примесей в веществах и растворах. Плотномеры широко используются для проведения большого спектра анализов, а также способны давать результаты по контролю технологических процессов производства, помогая в составлении автоматического управления этими процессами. Эти приборы получили применение при правильной организации системы количеств учета материала при их приемке, в процессе хранения и при выдаче. Применяются в различных отраслях хозяйствования, для научно-исследовательских целей.